淺談微型載貨汽車懸架系統(tǒng)的匹配分析

王志明

（河北長(zhǎng)安汽車有限公司 河北 定州 073000）

1 微型載貨汽車懸架系統(tǒng)基本介紹

微型載貨汽車的前懸架一般采用麥弗遜式獨(dú)立懸架，由前減震器和螺旋彈簧等零部件組成，后懸架一般采用縱置鋼板彈簧式非獨(dú)立懸架，由鋼板彈簧、筒式后減震器、緩沖塊等零部件組成。

2 前懸架系統(tǒng)偏頻的計(jì)算

人體所習(xí)慣的垂直振動(dòng)頻率是步行時(shí)身體上下運(yùn)動(dòng)的頻率，約為1～1.6Hz，所以車身固有頻率應(yīng)當(dāng)盡可能地處于或接近這一頻率范圍。前后懸架固有頻率的匹配應(yīng)合理，對(duì)微型載貨汽車要的偏頻高些，一般在1.6～2.2Hz。

前懸架偏頻計(jì)算公式為：

式中，C為懸架剛度（N/cm）；m為前懸架簧上質(zhì)量。代入空、滿載整車的參數(shù)后可得出前懸空載和前懸滿載的偏頻是否符合要求。

3 減振器相對(duì)阻尼系數(shù)的校核

汽車的懸架中安裝減振裝置的作用是衰減車身的振動(dòng)保證整車的行駛平順性和操縱穩(wěn)定性。下面僅考慮由減振器引起的振動(dòng)衰減，不考慮其他方面的影響，以方便對(duì)減振器參數(shù)的計(jì)算。

減振器中的阻尼力F和速度v之間的關(guān)系可以用下式表示：

式中：δ為減振器阻尼系數(shù)；

i是常數(shù)，常用減振器的i值在卸荷閥打開前等于1。

根據(jù)汽車?yán)碚?，帶線性阻尼減振器的質(zhì)量懸架系統(tǒng)作自由衰減振動(dòng)時(shí)，評(píng)定振動(dòng)衰減快慢程度的是一個(gè)稱為相對(duì)阻尼比ψ的數(shù)值。表達(dá)式為：

式中：C、m、δ分別為懸架系統(tǒng)的剛度、簧載質(zhì)量和阻尼系數(shù)。

根據(jù)以上公式，舉例輸入前減振器的參數(shù)如表1進(jìn)行計(jì)算。

表1

根據(jù)表1數(shù)據(jù)可知F與V取線性關(guān)系

實(shí)驗(yàn)速度V=0.05m/s時(shí)：拉伸阻力Fr=245N；

壓縮阻力Fp=175N；

實(shí)驗(yàn)速度V=1m/s時(shí)：拉伸阻力Fr=1670N；

壓縮阻力Fp=690N。

減振器阻尼系數(shù)δ代表速度（V）—阻力（F）曲線的斜率，因此，拉伸行程時(shí)的阻尼系數(shù)δR：

式中C值在本次計(jì)算中按55N／cm，計(jì)算，M值按369.25/ 9800計(jì)算。

同樣方法可以求的壓縮行程時(shí)的減振器阻尼系數(shù)δp和相對(duì)阻尼系數(shù)ψp：

滿載時(shí)，拉伸行程相對(duì)阻尼系數(shù)：

微型載貨汽車的車輪處的阻尼力始終隨減震器運(yùn)動(dòng)，因此此處不存在杠桿比。只是減震器存在一個(gè)安裝角度。計(jì)算得前懸架的相對(duì)阻尼比為

式中：n表示懸架系統(tǒng)的偏頻

m表示懸架系統(tǒng)的簧載質(zhì)量

i為常數(shù)，為減振器的杠桿比

α為減振器的空間安裝角（本次計(jì)算角度按7.5°）

δ為減振器阻尼系數(shù)

代入式中，可計(jì)算出：

拉伸行程時(shí)懸架相對(duì)阻尼系數(shù)：ψR(shí)=δRcos2a/(2)i2=0.38

壓縮行程時(shí)懸架相對(duì)阻尼系數(shù)：ψp=δPcos2a/(2)i2=0.13

前減震器總結(jié)

減振器的阻尼作用在與不同剛度C和不同簧上質(zhì)量M的懸架系統(tǒng)匹配時(shí)，會(huì)產(chǎn)生不同的阻尼效果。通常情況下，將壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)ψp取的小些，伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)ψR(shí)取的大些。兩者之間保持ψp=（0.25-0.5）ψR(shí)的關(guān)系。經(jīng)計(jì)算，前懸架減震器的相對(duì)阻尼系數(shù)在推薦的范圍之內(nèi)。

4 后懸架系統(tǒng)偏頻的計(jì)算

按偏頻計(jì)算公式可計(jì)算出后懸架空載和后懸架滿載的偏頻是否符合要求。

前后懸架總結(jié)

懸架的偏頻直接關(guān)系到靜撓度，影響著整車的行駛平順性。前后懸架的偏頻應(yīng)當(dāng)接近，并且兩者之比約為0.85～0.95，這樣有利于防止車身產(chǎn)生較大的縱向角振動(dòng)。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可校核空載時(shí)前后懸架的偏頻比值和滿載時(shí)前后懸架的偏頻比值是否符合要求。

5 后減振器相對(duì)阻尼系數(shù)校核

根據(jù)后減震器的輸入?yún)?shù)可分別計(jì)算出拉伸行程時(shí)懸架相對(duì)阻尼系數(shù)和壓縮行程時(shí)懸架相對(duì)阻尼系數(shù)：

5.1 后減震器總結(jié)

壓縮行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)ψp與伸張行程時(shí)的相對(duì)阻尼系數(shù)ψR(shí)兩者之間保持ψp=（0.25-0.5）ψR(shí)的關(guān)系。通過計(jì)算結(jié)果可判斷后懸架減震器的相對(duì)阻尼系數(shù)是否在推薦的范圍之內(nèi)。

5.2 緩沖塊的校核

5.2.1 最大壓縮行程

當(dāng)汽車在滿載狀態(tài)下行駛在不平的路面上時(shí)，通常要滿足車輪（或下擺臂球頭）上下跳動(dòng)的動(dòng)行程.在跳動(dòng)范圍內(nèi)，彈簧不應(yīng)出現(xiàn)并圈的狀態(tài)，否則，汽車在不平道路上行駛時(shí)，會(huì)造成硬性撞擊，導(dǎo)致機(jī)件損壞，緩沖塊則起著限制最大壓縮動(dòng)行程的作用。

滿載時(shí)，下擺臂球頭處的相應(yīng)最大壓縮動(dòng)行程

fm為滿載時(shí)，彈簧壓縮至并圈后的最大變形量

β為彈簧中心線與地面垂線的夾角

5.2.2 緩沖塊的計(jì)算

緩沖塊的設(shè)計(jì)原則是：在汽車滿載的工況下，保證車輪最大上跳動(dòng)行程時(shí)螺旋彈簧不會(huì)產(chǎn)生并圈而導(dǎo)致撞擊（通稱懸架擊穿）。根據(jù)參數(shù)計(jì)算出緩沖塊壓縮量不應(yīng)超過緩沖塊的2/3。

例如：滿載時(shí)，緩沖塊上端面與減振器的筒體上端面距離為49.2mm

緩沖塊高為41mm

緩沖塊下端面與減振器的筒體上端面距離為8.2mm

當(dāng)緩沖塊被壓縮2/3（28mm）時(shí)，彈簧還將壓縮f=8.2+28= 36.2mm

此時(shí)彈簧的壓縮力為 P=Pm+f×C=3618.7+36.2×55= 5609.7N

這力將反作用在緩沖塊上。

現(xiàn)在使用的緩沖塊在5609.7N時(shí)變形23mm，根據(jù)曲線情況，5609.7N時(shí)緩沖塊被壓量是22mm，緩沖塊壓縮量滿足要求。

［1］劉大維，主編.汽車工程概論[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2004.

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